Strømoverbelastninger og deres indvirkning på elmotorers drift og levetid

Analyse af asynkrone motorfejl viser, at hovedårsagen til deres fejl er isolationsnedbrud på grund af overophedning.

Overbelastning af et elektrisk produkt (enhed) — overskridelse af den faktiske værdi af strømmen eller strømmen af ​​et elektrisk produkt (enhed) over den nominelle værdi. (GOST 18311-80).

Opvarmningstemperaturen af ​​elmotorens viklinger afhænger af motorens termiske egenskaber og miljøparametrene. En del af varmen, der genereres i motoren, går til at opvarme spolerne, og resten frigives til miljøet. Opvarmningsprocessen påvirkes af fysiske parametre som varmekapacitet og varmeafledning.

Afhængigt af den termiske tilstand af den elektriske motor og den omgivende luft kan graden af ​​deres indflydelse variere.Hvis temperaturforskellen mellem motoren og miljøet er lille, og den frigivne energi er betydelig, absorberes hoveddelen af ​​den af ​​viklingen, stator- og rotorstålet, motorhuset og dets andre dele. Der er en intens stigning i isoleringens temperatur... Med opvarmning manifesteres effekten af ​​varmeveksling mere og mere. Processen etableres efter opnåelse af en ligevægt mellem den genererede varme og den varme, der frigives til miljøet.

Forøgelse af strømmen over den tilladte værdi fører ikke umiddelbart til en nødsituation... Det tager lidt tid for statoren og rotoren at nå deres ekstreme temperatur. Derfor er der ikke behov for, at beskyttelsen reagerer på enhver overstrøm. Hun bør kun slukke for maskinen, når der er fare for hurtig forringelse af isoleringen.

Fra isolationsopvarmningssynspunktet er størrelsen og varigheden af ​​strømstrømmen, der overstiger den nominelle værdi, af stor betydning. Disse parametre afhænger primært af arten af ​​den teknologiske proces.

Overbelastning af en elektrisk motor af teknologisk oprindelse

Overbelastning af den elektriske motor forårsaget af en periodisk stigning i drejningsmoment på akslen af ​​den drevne maskine. I sådanne maskiner og installationer ændres elmotorens effekt hele tiden. Det er vanskeligt at observere en lang periode, hvor strømmen forbliver uændret i størrelse. Kortvarige store modstandsmomenter vises periodisk på motorakslen, hvilket skaber strømstød.

Sådanne overbelastninger forårsager normalt ikke overophedning af motorviklingerne, som har en relativt høj termisk inerti.Men med tilstrækkelig lang varighed og gentagne gentagelser, farlig opvarmning af elmotoren… Forsvaret skal "skelne" mellem disse regimer. Den bør ikke reagere på kortvarige belastningsstød.

Andre maskiner kan opleve relativt små, men langvarige overbelastninger. Motorviklingerne varmes gradvist op til en temperatur tæt på den maksimalt tilladte værdi. Normalt har den elektriske motor en vis reserve af opvarmning og små overstrømme, på trods af handlingens varighed, kan ikke skabe en farlig situation. I dette tilfælde er nedlukningen ikke nødvendig. På den måde skal motorværnet også her "skelne" mellem farlige og ufarlige overbelastninger.

Nødoverbelastning af elmotoren

med undtagelse af overbelastning af teknologisk oprindelse, måske nødoverbelastninger, der er opstået af andre årsager (skader i strømforsyningsledningen, blokering af arbejdsanordninger, spændingsfald osv.). De skaber særlige driftsformer for en induktionsmotor og tilbyder deres krav til sikkerhedsanordninger... Overvej en induktionsmotors opførsel i typiske nødtilstande.

Overbelastninger i kontinuerlig drift med konstant belastning

Elektriske motorer vælges normalt med en vis kraftreserve. Også det meste af tiden kører maskinerne under belastning. Som følge heraf er motorstrømmen ofte langt under den nominelle værdi. Overbelastning forekommer som regel i tilfælde af teknologiske overtrædelser, nedbrud, fastklemning og fastklemning i arbejdsmaskinen.

Maskiner som ventilatorer, centrifugalpumper, transportbånd og skruer har en stille, konstant eller let varierende belastning.Kortvarige ændringer i materialestrømmen har praktisk talt ingen indflydelse på opvarmningen af ​​elmotoren. De kan ignoreres. Det er en anden sag, hvis overtrædelserne af normale arbejdsforhold fortsætter i lang tid.

De fleste elektriske drev har en vis strømreserve. Mekaniske overbelastninger forårsager primært skader på maskindele. I betragtning af den tilfældige karakter af deres forekomst, kan det ikke være sikkert, at den elektriske motor under visse omstændigheder også vil blive overbelastet. Det kan for eksempel ske med skruemotorer. Ændringer i det transporterede materiales fysiske og mekaniske egenskaber (fugt, partikelstørrelse osv.) afspejles umiddelbart i den kraft, der kræves for at flytte det. Beskyttelsen bør slukke for elmotoren i tilfælde af en overbelastning, der forårsager farlig overophedning af viklingerne.

Ud fra et synspunkt om indflydelsen af ​​langvarige overstrømme på isoleringen bør der skelnes mellem to typer overbelastninger: relativt små (op til 50%) og store (mere end 50%).

Virkningen af ​​førstnævnte viser sig ikke umiddelbart, men gradvist, mens virkningerne af sidstnævnte viser sig efter kort tid. Hvis temperaturstigningen over den tilladte værdi er lille, sker ældningen af ​​isoleringen langsomt. Små ændringer i strukturen af ​​isoleringsmaterialet akkumuleres gradvist. Når temperaturen stiger, accelererer ældningsprocessen betydeligt.

Jeg tror, ​​at overophedning over det tilladte for hver 8 - 10 ° C halverer levetiden for isoleringen af ​​motorviklingerne.Derfor reducerer overophedning med 40 ° C isoleringens levetid 32 gange! Selvom det er meget, dukker det op efter mange måneders arbejde.

Ved høje overbelastninger (mere end 50%) falder isoleringen hurtigt sammen under påvirkning af høje temperaturer.

For at analysere opvarmningsprocessen vil vi bruge en forenklet motormodel. En stigning i strøm fører til en stigning i variable tab. Spolen begynder at varme op. Isoleringstemperaturen ændres i henhold til grafen på figuren. Hastigheden af ​​konstant temperaturstigning afhænger af strømmens størrelse.

Nogen tid efter, at en overbelastning opstår, når temperaturen på viklingerne den tilladte værdi for den givne isoleringsklasse. Ved høje G-kræfter vil den være kortere, ved lave G-kræfter vil den være længere. Således vil hver overbelastningsværdi have sin egen tilladte tid, som kan anses for sikker at isolere.

Afhængigheden af ​​den tilladte varighed af overbelastningen af ​​dens størrelse kaldes overbelastningskarakteristikken for den elektriske motor... Termofysiske egenskaber elektriske motorer af forskellige typer har nogle forskelle, og deres egenskaber er også forskellige. Et af disse træk er vist i figuren med en ubrudt linje.

Motoroverbelastningskarakteristik (heltrukken linje) og ønsket beskyttelseskarakteristik (stiplet linje)

Ud fra de givne karakteristika kan vi formulere et af hovedkravene til strømafhængig overbelastningsbeskyttelse… Den skal hæves afhængigt af overbelastningens størrelse.Dette gør det muligt at udelukke falske alarmer med ikke-farlige strømspidser, der for eksempel opstår, når motoren startes. Beskyttelsen bør kun fungere, når den falder ind i zonen med uacceptable strømværdier og varigheden af ​​dens strømning. Dens ønskede karakteristik, vist på figuren med en stiplet linje, skal altid ligge under motorens overbelastningskarakteristik.

Beskyttelsens funktion påvirkes af en række faktorer (unøjagtighed af indstillinger, spredning af parametre osv.), Som et resultat af hvilke afvigelser fra gennemsnitsværdierne for responstiden observeres. Derfor skal den stiplede linje på grafen ses som en slags gennemsnitskarakteristik. For ikke at krydse egenskaberne som følge af virkningen af ​​tilfældige faktorer, hvilket vil føre til forkert stop af motoren, er det nødvendigt at give en vis margin. Faktisk bør man ikke arbejde med en separat karakteristik, men med en beskyttelseszone, under hensyntagen til fordelingen af ​​beskyttelsens reaktionstid.

Med hensyn til nøjagtige motorbeskyttelseshandlinger er det ønskeligt, at begge egenskaber er så tæt på hinanden som muligt. Dette vil undgå unødvendig udløsning ved tæt på tilladte overbelastninger. Men hvis der er stor spredning af begge egenskaber, kan dette ikke opnås. For ikke at falde ind i zonen med uacceptable aktuelle værdier i tilfælde af tilfældige afvigelser fra de beregnede parametre, er det nødvendigt at give en vis margin.

Beskyttelseskarakteristikken skal være placeret i en vis afstand fra motorens overbelastningskarakteristik for at udelukke deres gensidige krydsning.Men dette fører til tab af nøjagtigheden af ​​motorbeskyttelseshandlingen.

I området for strømme tæt på den nominelle værdi fremkommer en usikkerhedszone. Når man går ind i denne zone, er det umuligt at sige med sikkerhed, om beskyttelsen vil virke eller ej.

Denne ulempe er fraværende i beskyttelse, der fungerer afhængigt af viklingstemperaturen... I modsætning til overstrømsbeskyttelsen virker den afhængig af årsagen til isoleringens ældning, dens opvarmning. Når en temperatur, der er farlig for viklingen, er nået, slukker den motoren, uanset årsagen til opvarmningen. Dette er en af ​​de vigtigste fordele ved beskyttelse mod temperatur.

Manglen på overstrømsbeskyttelse skal dog ikke overvurderes. Faktum er, at motorer har en vis strømreserve. Motorens mærkestrøm er altid lavere end den strøm, hvor temperaturen på viklingerne når den tilladte værdi. Det er etableret, styret af økonomiske beregninger. Derfor er temperaturen på motorviklingerne ved nominel belastning under den tilladte værdi. På grund af dette skabes en termisk reserve af motoren, som til en vis grad kompenserer for manglen termiske relæer.

Mange faktorer, som den termiske tilstand af isolering afhænger af, har tilfældige afvigelser. I denne henseende giver specifikationen af ​​egenskaber ikke altid det ønskede resultat.

Overbelastninger ved variabel kontinuerlig drift

Nogle arbejdslegemer og mekanismer skaber belastninger, der varierer over et bredt område, såsom ved knusning, slibning og andre lignende operationer. Her er periodiske overbelastninger ledsaget af underbelastninger til tomgang.Enhver stigning i strøm, taget separat, fører ikke til en farlig temperaturstigning. Men hvis der er mange, og de gentages ofte nok, akkumuleres effekten af ​​den øgede temperatur på isoleringen hurtigt.

Opvarmningsprocessen af ​​elmotoren ved en variabel belastning adskiller sig fra opvarmningsprocessen ved en konstant eller let variabel belastning. Forskellen manifesteres både i løbet af temperaturændringer og i arten af ​​opvarmning af individuelle dele af maskinen.

Efterhånden som belastningen ændrer sig, ændres spolernes temperatur også. På grund af motorens termiske inerti er temperatursvingninger mindre udbredte. Ved en tilstrækkelig høj belastningsfrekvens kan temperaturen af ​​viklingerne betragtes som praktisk talt uændret. Dette vil svare til kontinuerlig drift med konstant belastning. Ved lav frekvens (i størrelsesordenen hundrededele af en hertz og lavere) bliver temperaturudsving mærkbare. Periodisk overophedning af viklingen kan forkorte isoleringens levetid.

Ved store belastningsudsving ved lav frekvens er motoren konstant i en transient proces. Dens spoletemperatur ændres efter belastningsudsving. Da individuelle dele af maskinen har forskellige termofysiske parametre, opvarmes hver af dem på sin egen måde.

Forløbet af termiske transienter under variabel belastning er et komplekst fænomen og er ikke altid genstand for beregning. Derfor kan temperaturen af ​​motorviklingerne ikke estimeres ud fra den strøm, der flyder på et givet tidspunkt. På grund af at de enkelte dele af elmotoren opvarmes på forskellig vis, går varmen fra den ene del til den anden i elmotoren.Det er også muligt, at efter afbrydelse af elmotoren, vil temperaturen på statorviklingerne stige på grund af varmen, der leveres af rotoren. Således afspejler størrelsen af ​​strømmen muligvis ikke graden af ​​opvarmning af isoleringen. Det skal også huskes, at i nogle tilstande vil rotoren opvarmes mere intensivt og afkøle mindre end statoren.

Kompleksiteten af ​​varmeoverførselsprocesserne gør det vanskeligt at styre motorens opvarmning... Selv den direkte måling af viklingernes temperatur kan give en fejl under nogle forhold. Faktum er, at i ustabile varmeprocesser kan opvarmningstemperaturen for forskellige dele af maskinen være forskellig, og målingen på én gang kan ikke give et retvisende billede. Imidlertid er måling af spoletemperatur mere nøjagtig end andre metoder.

Periodisk arbejde kan henvises til de mest ugunstige ud fra hensynet til beskyttelsens handling. Periodisk inddragelse i arbejdet indebærer muligheden for kortvarig motorisk overbelastning. I dette tilfælde skal størrelsen af ​​overbelastningen begrænses af tilstanden til opvarmning af viklingerne, som ikke overstiger den tilladte værdi.

Beskyttelsen "overvåger" spolens opvarmningstilstand skal modtage det tilsvarende signal. Da strøm og temperatur muligvis ikke svarer til hinanden under forbigående forhold, kan beskyttelse baseret på strømmåling ikke udføre sin rolle korrekt.